JP2010209770A

JP2010209770A - 電動送風機及び電動掃除機

Info

Publication number: JP2010209770A
Application number: JP2009055807A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Kato; 康明加藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-09-24
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP5048701B2

Abstract

【課題】回転ファンから吐出され、ディフューザ部を通過した気流を、モーターを冷却するためにモーター側（内側）へ方向を変える際に生じる損失を低減することを目的とする。
【解決手段】回転ファン９とローター４（ステーター５）との間に整流子６を配置する。これにより、回転ファン９とローター４（ステーター５）との距離を大きく取り、ディフューザ部１２からモーター２までの風路（戻り風路１４）の曲がりを緩やかにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、電動送風機及び電動送風機を使用した電気掃除機に関する。

電気掃除機などに使用される電動送風機は、モーターを駆動して回転ファンを回転させて、回転ファンの吸気口から空気を吸い込み気流を発生させる。電動送風機は、気流を昇圧、増速した後、回転ファンの外周部に設けられたディフューザ部で減速、静圧回復する。電動送風機は、モーター冷却のために、ディフューザ部で減速、静圧回復した気流をモーター側へ導く。ディフューザ部からモーター側へ気流を導くには、径方向外側へ広がる気流を、径方向内側へ向きを変える必要がある。この際、急激に気流の向きを変えるため曲がり損失が生じる。この曲がり損失が、電動送風機の送風効率を向上する妨げとなる。
特許文献１，２には、ファンカバーの静翼と静翼の外周を覆う部分の内側に角を埋めるような整流部を設けた電動送風機についての記載がある。この電動送風機では、整流部により気流の曲がりを促し、曲がり損失を低減する。

特開２００５−２２６６０８号公報特開２００６−２５００１６号公報

特許文献１，２に記載された電動送風機では、曲がり損失を低減する効果は得られるものの、依然として曲がり損失は電気送風機の送風効率の向上することの妨げとなっている。そのため、さらに曲がり損失を低減することが必要である。
この発明は、ディフューザ部からモーター側へ気流の向きを曲げる際の曲がり損失を低減することを目的とする。

この発明に係る電動送風機は、例えば、
回転自在に保持されたローターと、前記ローターにおける電流の流れる方向を切り替える整流子と、前記ローターの外周に隙間を介して位置して固定されたステーターと、回転軸であるシャフトとを備えるモーターと、
前記モーターが備える前記シャフトに取り付けられた回転ファンと、
前記回転ファンの外周部を覆うファンカバーと、
前記回転ファンにより生じた気流を整流するディフューザ部を前記ファンカバーとの間に形成するとともに、前記ディフューザ部を通過した気流を前記モーターが備える前記ローターの方向へ偏向する戻り風路を前記ファンカバーとの間に形成するエアガイドとを備え、
前記モーターは、前記ローターの前記回転ファン側に前記整流子を備え、
前記戻り風路は前記ステーターの外周に設けられたモーターカバーの孔に接続されている
ことを特徴とする。

この発明に係る電動送風機は、ローターの回転ファン側に整流子を備える。これにより、回転ファンとローターと間の距離を長くすることができるので、気流の向きを緩やかに曲げることができる。そのため、曲がり損失を低減することができ、電動送風機の効率がよくなる。

実施の形態１に係る電動送風機１の断面図。実施の形態２に係る電動送風機１の断面図。図２の回転ファン９外周部付近の拡大図。実施の形態３に係る電動送風機１の断面図。実施の形態４に係る電気掃除機２０の全体図。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電動送風機１の断面図である。なお、図１に示す矢印は、大まかな気流（子午面流れ）を示す。
電動送風機１は、モーター２、回転ファン９、ファンカバー１０、エアガイド１１を備える。

モーター２は、シャフト３、ローター４、ステーター５、整流子６、ブラシ７、モーターカバー８を備える。
シャフト３は、モーター２の出力軸（回転軸）であり、回転自在に保持される。シャフト３には、ローター４と整流子６とが固定される。特に、整流子６は、ローター４の回転ファン９側に固定される。つまり、整流子６は、ローター４と回転ファン９との間に設けられる。
ローター４は、ローターコア４ａと、ローターコア４ａに巻かれたローターコイル４ｂとを有する。
ステーター５は、ローター４の外周に、ローター４と間隔を空けて配置される。ステーター５は、ステーターコア５ａとステーターコアに巻かれたステーターコイル５ｂを有する。
整流子６は、ローターコイル４ｂの電流方向を切り換える作用を持つ。
ブラシ７は、整流子６に接し、整流子６の外周部に設けられる。ブラシ７は、整流子６を通じてローター４へ電流を供給するとともに、ローター４から電流を取り出す。
つまり、整流子６とブラシ７とは、ローターコイル４ｂに流れる電流を回転位相に応じて切り替え、回転モーメントを一定方向に保つ。

回転ファン９は、シャフト３に取り付けられる。回転ファン９は、回転側板９ａ、回転主板９ｂ、回転翼９ｃを備える。
回転側板９ａには、中央部にファン吸気口９ｄが形成される。回転側板９ａは、ファン吸気口９ｄ側から外周部へ向かって回転主板９ｂ側に傾斜して形成される。
回転主板９ｂは、回転側板９ａに対してモーター２側に、回転側板９ａに対向して設けられる。回転主板９ｂは、平板状に形成され、中央部にシャフト３へ取り付けられる取付部９ｅを有する。
回転翼９ｃは、回転側板９ａと回転主板９ｂとの間に複数設けられる。回転翼９ｃは、シャフト３が回転することにより回転する。なお、図１では、回転翼９ｃを回転側板９ａと回転主板９ｂとをつなぐ縦線により示す。

ファンカバー１０は、上側ファンカバー１０ａ、下側ファンカバー１０ｂを備える。ファンカバー１０は、上側ファンカバー１０ａと下側ファンカバー１０ｂとにより、回転ファン９とエアガイド１１との外周部を覆う。ファンカバー１０は、回転ファン９が空気を吸い込むことにより発生した気流が外部へ流れることを防止する。
エアガイド１１は、ディフューザ部１２（図１の符号１２が示す斜線部分）と戻り風路１４（図１の符号１４が示す斜線部分）とを、ファンカバー１０との間に形成する。
ディフューザ部１２は、回転ファン９の外周に、上側ファンカバー１０ａとエアガイド１１とにより形成される。ディフューザ部１２には、複数の静翼１３が設けられ、回転ファン９が吐出した気流を減速、静圧回復させ整流する。なお、図１では、静翼１３をファンカバー１０とエアガイド１１とをつなぐ縦線により示す。
戻り風路１４は、ディフューザ部１２を通過した気流を電動送風機１の内側向きに変え、モーターカバー８の側面に設けられた孔８ａへ導く。つまり、戻り風路１４は、回転ファン９からディフューザ部１２へ電動送風機１の外側向きに流れる気流を、電動送風機１の内側向きに偏向する。そして、戻り風路１４は、気流をモーターカバー８の孔８ａからモーター２の内部へ導く。特に、戻り風路１４は、気流をローター４とステーター５との付近へ導く。

次に、電動送風機１の動作について説明する。
電動送風機１に電力が供給されると、ステーターコイル５ｂに電流が流れる。すると、ステーター５では磁束が発生する。また、ステーターコイル５ｂから電流がブラシ７を介して整流子６に伝導する。そして、ローターコイル４ｂに電流が流れる。すると、ローター４では磁束が発生する。
ローター４とステーター５とで発生した磁束により、ローター４とステーター５との間で力が発生する。この力により、ローター４が回転する。ローター４が回転することにより、シャフト３が回転する。シャフト３が回転することにより、シャフト３に取付けられた回転ファン９の回転翼９ｃが回転する。

次に、電動送風機１における気流を説明する。
上述した電動送風機１の動作により、回転ファン９の回転翼９ｃが回転する。すると、ファン吸気口９ｄから入る空気が昇圧、増速されて旋回しながら電動送風機１の外側へ向かう気流となる（１）。回転ファン９から吐出された気流はディフューザ部１２へ流入する（２）。ディフューザ部１２へ流入した気流は、減速、静圧回復される。そして、ディフューザ部１２で減速、静圧回復された気流は、戻り風路１４を通り（３）、ステーター５の外周に設けられたモーターカバー８の孔８ａからモーター２内へ導かれる（４）。モーター２内へ導かれた気流は、ローター４とステーター５の付近を通って、回転ファン９とは逆側に設けられたモーターカバー８の孔８ｂからモーター２の外部へ吐出される（５）。気流が、孔８ａから孔８ｂへ流れる際、モーター２を冷却する。

ここで、整流子６をローター４（及びステーター５）と回転ファン９との間に配置することにより、ローター４（及びステーター５）と回転ファン９との間の距離が長くなる。そのため、ディフューザ部１２からローター４（及びステーター５）付近に設けたモーターカバー８の孔８ａまでの距離が長くなる。つまり、戻り風路１４の距離が長くなる。戻り風路１４の距離が長いので、戻り風路１４の曲がりを緩やかに形成することができる。戻り風路１４の曲がりが緩やかであれば、戻り風路１４での気流の曲がりも緩やかになる。したがって、戻り風路１４での曲がり損失を低減することができる。その結果、電動送風機１の効率を高くすることができる。
つまり、実施の形態１に係る電動送風機１は、整流子６をローター４（及びステーター５）と回転ファン９との間に配置することにより、戻り風路１４での曲がり損失を低減することができる。
特に、ローター４と回転ファン９との間を単に広げるのではなく、ローター４と回転ファン９との間に整流子６を配置した。そのため、電動送風機１のサイズを大きくすることなく、電動送風機１の効率をよくすることができる。

また、エアガイド１１のうちディフューザ部１２を形成する部分（図１の太線部１１ａ）は、電動送風機１の外周部へ向かってモーター２側に傾いている。特に、太線部１１ａは、電動送風機１の外周部へ向かうほど、モーター２側へ傾く滑らかな曲線に形成される。そのため、ディフューザ部１２における気流の曲がりを緩やかにすることができる。したがって、ディフューザ部１２での曲がり損失を低減することができる。
同様に、戻り風路１４は、ディフューザ部１２側からモーター２側へ向かって滑らかな曲線に形成される。そのため、戻り風路１４における気流の曲がりを緩やかにすることができる。

また、戻り風路１４が接続されるモーターカバー８の孔８ａは、冷却を最も必要とするステーター５の外周部に設けている。そのため、モーター２を効率的に冷却することができる。

また、図１に示す電動送風機１では、ディフューザ部１２を通過した気流が全て戻り風路１４を通ってモーター２側へ向きを変える。そのため、回転ファン９からの気流の吐出や静翼１３への気流の衝突で発生する空力音が外部へ伝わり辛い。したがって、電動送風機１の騒音を小さくすることができる。
なお、静翼１３の外周側のファンカバー１０に孔を設けて、モーター２の冷却に必要な流量を越える気流をファンカバー１０の外へ逃がしてもよい。この場合、騒音が増加する。しかし、戻り風路１４で気流の向きを曲げる際の曲がり損失をさらに低減できる。したがって、電動送風機１の効率をさらに高くすることができる。

つまり、実施の形態１に係る電動送風機１は、回転自在に保持された出力軸であるシャフト３と、シャフト３に固定されたコア４ａとコア４ａに巻かれたコイル４ｂを有するローター４と、シャフト３に固定されてローター４のコイル４ｂの電流方向を切り換える作用を持つ整流子６と、整流子６に接し、整流子６に電流を供給または整流子６から電流を取り出すブラシ７と、ローター４の外周に配置されたコア５ａとコア５ａに巻かれたコイル５ｂを有するステーター５とを備えるモーター２と、シャフト３に取り付けられた回転ファン９と、静翼１３を有し回転ファン９が吐出した気流を減速、静圧回復させるディフューザ部１２と、ディフューザ部１２を通過した気流を内周側に向きを変える戻り風路１４と、前記回転ファン９とディフューザ部１２を内包するファンカバー１０とを備え、回転ファン９とステーター５との間に整流子６を配置したことを特徴とする。

また、ディフューザ部１２の風路を構成するモーター２側の面（エアガイド１１）が外周に向かうに伴いモーター２側に傾くことを特徴とする。

実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係る電動送風機１の断面図である。図３は、図２の回転ファン９外周部付近の拡大図である。図２，３に示す矢印は、大まかな気流（子午面流れ）を示す。
図２，３に示す電動送風機１は、図１に示す電動送風機１と原則として同一である。しかし、回転主板９ｂの外周端がモーター２側（図２，３の下側）に反っている点で異なる。また、回転主板９ｂを反らせたことにより、回転主板９ｂとエアガイド１１とが接触しないように、エアガイド１１に凹みを設けた。

図３に基づき、回転ファン９外周部付近における気流について説明する。
回転ファン９の外周部付近の気流は、図３に矢印で表すように、回転主板９ｂ側に循環渦が形成される。そのため、回転側板９ａ側に流れが偏よる。つまり、ディフューザ部１２へ向かう気流は、エアガイド１１側の流速に比べ、ファンカバー１０側の流速が速くなる。
実施の形態２に係る電動送風機１では、回転主板９ｂの外周端をモーター２側に反らせた。そのため、実施の形態２に係る電動送風機１では、回転ファン９の外周部（外周端）における風路幅Ｗ１は、実施の形態１に係る電動送風機１に比べ広い。したがって、回転ファン９の外周部（外周端）において、循環渦が風路を占める割合を低減できる。
これにより、気流が通る風路が確保される。そのため、回転ファン９から吐出され、ディフューザ部１２を通過する流速が部分的に速くなることを抑制できる。その結果、戻り風路１４での曲がり損失を低減できる。また、ディフューザ部１２へ流入する風速が均一化されるので、静翼１３への衝突損失が低減される。そのため、ディフューザ部１２での静圧回復の効率を高くできる。

つまり、実施の形態２に係る電動送風機１は、回転主板９ｂの外周端をモーター２側に反らせることにより、ディフューザ部１２を通過した気流の向きをモーター２側へ変える際の曲がり損失を低減できる。その結果、電動送風機１の効率をよくすることができる。

つまり、実施の形態２に係る電動送風機１は、回転自在に保持された出力軸であるシャフト３と、シャフト３に固定されたコア４ａとコア４ａに巻かれたコイル４ｂを有するローター４と、シャフト３に固定されてローター４のコイル４ｂの電流方向を切り換える作用を持つ整流子６と、整流子６に接し、整流子６に電流を供給または整流子６から電流を取り出すブラシ７と、ローター４の外周に配置されたコア５ａとコア５ａに巻かれたコイル５ｂを有するステーター５とを備えるモーター２と、シャフト３に取り付けられた回転ファン９と、静翼１３を有し回転ファン９が吐出した気流を減速、静圧回復させるディフューザ部１２と、ディフューザ部１２を通過した気流を内周側に向きを変える戻り風路１４と、前記回転ファン９とディフューザ部１２を内包するファンカバー１０とを備え、回転ファン９の回転主板９ｂ側にモーター２を配置し、回転主板９ｂの外周部がモーター２側に反ることを特徴とする。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３に係る電動送風機１の断面図である。図４に示す矢印は、大まかな気流（子午面流れ）を示す。
図４に示す電動送風機１は、図１に示す電動送風機１と原則として同一である。しかし、回転主板９ｂがモーター２側（図２，３の下側）に傾いている点で異なる。特に、回転主板９ｂは、シャフト３の近傍（シャフト３の周囲）の取付部９ｅでは、シャフト３の軸方向と垂直方向の平面である。しかし、回転主板９ｂのシャフト３の近傍の外側は、外周部へ向かってモーター２側へ傾いている。つまり、回転主板９ｂは、外側ほどモーター２に近くなるように形成される。

回転主板９ｂをモーター２側へ傾けたため、回転主板９ｂと回転側板９ａと回転翼９ｃとで構成される回転ファン９の風路が内側から外側に向けてモーター２側に傾く。ファン吸気口９ｄから回転ファン９に入る気流は、回転ファン９の風路の傾きにより、モーター２側（図４の下側）へ向かう力を持って流れ、昇圧、増速される。そのため、回転ファン９から吐出し、ディフューザ部１２を通過する気流もモーター２側（図４の下側）へ向かう力を持つ。その結果、戻り風路１４で気流の向きをモーター２側へ偏向するために、気流にかかる力が実質的に低減される。そのため、戻り風路１４での曲がり損失を低減することができる。

つまり、実施の形態３に係る電動送風機１は、回転主板９ｂをモーター２側へ傾けることにより、ディフューザ部１２を通過した気流の向きをモーター２側へ変える際の曲がり損失を低減できる。その結果、電動送風機１の効率をよくすることができる。

また、回転主板９ｂのモーター２（シャフト３）への取付部９ｅを平板状としている。そのため、回転ファン９の取り付けを回転主板９ｂの上下の面から押さえ易い。したがって、回転翼９ｃが回転した際の振れを小さくすることができる。
なお、回転翼９ｃが回転した際の振れは、騒音の原因となる静翼１３への気流の衝突の変動の原因となる。また、回転翼９ｃが回転した際の振れは、電動送風機１の振動の原因となる。そのため、実施の形態３に係る電動送風機１では、騒音や振動を小さくすることができる。

つまり、実施の形態３に係る電動送風機１は、回転自在に保持された出力軸であるシャフト３と、シャフト３に固定されたコア４ａとコア４ａに巻かれたコイル４ｂを有するローター４と、シャフト３に固定されてローター４のコイル４ｂの電流方向を切り換える作用を持つ整流子６と、整流子６に接し、整流子６に電流を供給または整流子６から電流を取り出すブラシ７と、ローター４の外周に配置されたコア５ａとコア５ａに巻かれたコイル５ｂを有するステーター５とを備えるモーター２と、シャフト３に取り付けられた回転ファン９と、静翼１３を有し回転ファン９が吐出した気流を減速、静圧回復させるディフューザ部１２と、ディフューザ部１２を通過した気流を内周側に向きを変える戻り風路１４と、前記回転ファン９とディフューザ部１２を内包するファンカバー１０とを備え、回転ファン９の回転主板９ｂ側にモーター２を配置し、回転主板９ｂのシャフト３への取付部９ｅよりも外周側が外周に向かうにつれ連続してモーター２側に傾くことを特徴とする。

実施の形態４．
図５は、実施の形態４に係る電気掃除機２０の全体図である。なお、図５では、掃除機本体１５の内部構成を破線で示す。
電気掃除機２０は、掃除機本体１５、吸引口１６、パイプ１７、ホース１８を備える。また、掃除機本体１５は、電動送風機１、集塵ボックス１９を備える。なお、電動送風機１は、実施の形態１から３で説明した電動送風機１である。
掃除機本体１５は、吸引口１６から棒状のパイプ１７と屈曲自在のホース１８とを介して、気流とともに、塵埃を吸引し、吸引した塵埃を集塵ボックス１９に溜める。なお、電動送風機１は、塵埃を吸引するための気流を発生させる。

ここで、電動送風機１は、実施の形態１から３で説明したように、曲がり損失が小さく、効率がよい。したがって、実施の形態４に係る電気掃除機２０は、効率がよい。

なお、実施の形態１から３に係る電動送風機１は、電気掃除機２０等の家庭用電化機器だけでなく、液体用ポンプなど産業機器に用いることもできる。また、電気掃除機２０は家庭用、業務用を問わず消費エネルギーを抑えることができる。

１電動送風機、２モーター、３シャフト、４ローター、４ａローターコア、４ｂローターコイル、５ステーター、５ａステーターコア、５ｂステーターコイル、６整流子、７ブラシ、８モーターカバー、９回転ファン、９ａ回転側板、９ｂ回転主板、９ｃ回転翼、９ｄファン吸気口、９ｅ取付部、１０ファンカバー、１０ａ上側ファンカバー、１０ｂ下側ファンカバー、１１エアガイド、１２ディフューザ部、１３静翼、１４戻り風路、１５掃除機本体、１６吸引口、１７パイプ、１８ホース、１９集塵ボックス、２０電気掃除機。

Claims

回転自在に保持されたローターと、前記ローターにおける電流の流れる方向を切り替える整流子と、前記ローターの外周に隙間を介して位置して固定されたステーターと、回転軸であるシャフトとを備えるモーターと、
前記モーターが備える前記シャフトに取り付けられた回転ファンと、
前記回転ファンの外周部を覆うファンカバーと、
前記回転ファンにより生じた気流を整流するディフューザ部を前記ファンカバーとの間に形成するとともに、前記ディフューザ部を通過した気流を前記モーターが備える前記ローターの方向へ偏向する戻り風路を前記ファンカバーとの間に形成するエアガイドとを備え、
前記モーターは、前記ローターの前記回転ファン側に前記整流子を備え、
前記戻り風路は前記ステーターの外周に設けられたモーターカバーの孔に接続されている
ことを特徴とする電動送風機。
前記回転ファンは、
開口部を有する側板と、
前記側板に対して前記モーター側に前記側板と対向して設けられ、前記側板との間に通風路を形成する主板であって、外周部が前記モーター側に反った主板と、
前記側板と主板との間に設けられ、前記シャフトの回転により回転する回転翼と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
前記回転ファンは、
開口部を有する側板と、
前記側板に対して前記モーター側に前記側板と対向して、前記シャフトの周囲に設けられ、前記側板との間に通風路を形成する主板であって、前記シャフト近傍は前記シャフトの軸方向と垂直方向の平面であり、前記シャフト近傍の外側は外周部へ向かって前記モーター側へ傾いた主板と、
前記側板と主板との間に設けられ、前記シャフトの回転により回転する回転翼と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
前記エアガイドは、外周部へ向かって前記モーター側へ傾いて、前記ディフューザ部を前記ファンカバーとの間に形成する
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の電動送風機。
請求項１から４までのいずれかに記載の電動送風機を備えることを特徴とする電動掃除機。